Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец
|
|
uKЭ |
|
|
|
|
iЭ |
Э |
|
|
K |
iK |
|
R1 |
I0Э |
|
|
|
I0K |
|
E1 |
u1 = uБЭ |
iБ E0Б |
|
u2 = uКБ |
R2 |
u2 |
I0Э |
|
I0Б |
I0K |
E0K |
|
|
|
iЭ |
|
iК |
|
|
|
|
|
Рис. 3.7 |
|
|
|
|
Постоянные токи I0Э, I0K, I0Б, протекающие в схеме (см. рис. 3.7), определяются типом транзистора и полярностью источников Е0Б и Е0К. Постоянный ток базы I0Б протекает от +Е0Б через базу, эмиттер, источник сигнала Е1, R1, к -Е0Б. Постоянный ток коллектора I0К течет от +E0К через сопротивление R2 участок коллектор–эмиттер транзистора, источник сигнала Е1, R1 к –E0К. Мгновенные значения переменных токов задаются источником сигнала Е1. Переменный ток эмиттера iЭ течёт от (+)Е1 через R1 к эмиттеру. В эмиттере этот ток разветвляется на базовую iБ и коллекторную iK составляющие. Базовая составляющая протекает от эмиттера к базе, далее через Е0Б к (–)Е1. Коллекторная часть тока течёт от эмиттера в коллектор, далее через сопротивление R2, источник Е0К к (–)Е1. Коллекторный ток, протекая по сопротивлению R2, создаёт на нём падение напряжения u2 c плюсом вверху и минусом внизу. Сравнивая полярности напряжения u2 и ЭДС Е1, делаем вывод, что схема с ОБ не изменяет полярность усиливаемого сигнала.
Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОБ равен отношению выходного напряжения u2 = uКБ к входному u1 = uБЭ. Анализируя внешний контур схемы рис.3.7, можно записать uКБ = uБЭ + uКЭ. Теперь
K |
Б |
= u2 |
= uКБ = uБЭ + uКЭ =1+ K , |
(3.23) |
|||
|
u |
u |
БЭ |
u |
БЭ |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
71
где К – коэффициент усиления по напряжению схемы с ОЭ. Из (3.23) следует, что схема с ОБ обладает практически таким же усилением по напряжению, как и схема с ОЭ.
Коэффициент усиления по току: |
|
|
|
|
|
|
|
||
KiБ = iK = |
iK |
= |
iK |
= |
|
|
h21 |
, |
(3.24) |
|
iБ(1+iK iБ) |
1 |
|
||||||
iЭ |
iБ +iК |
|
+ h21 |
|
|||||
где h21 = iК/iБ – коэффициент усиления по току схемы с ОЭ.
Коэффициент усиления по мощности, равный произведению KБ на KiБ, для схемы с ОБ значительно больше единицы, но меньше, чем для схемы с ОЭ.
Входное сопротивление транзистора, включённого по схеме с ОБ, оказывается существенно меньше, чем в схеме с ОЭ (из-за большого входного тока iЭ):
R ВХБ = uБЭ = |
uБЭ |
|
= uБЭ |
1 |
. |
(3.25) |
|||||
iБ + iК |
|
|
|
|
|||||||
iЭ |
|
|
|
iБ 1+ iК iБ |
|
|
|||||
Для случая, когда R2→0, |
выражение (3.23) может быть переписано в |
||||||||||
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
ВХБ |
= |
|
h11 |
|
, |
|
(3.25а) |
||
|
1+ h |
21 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где h11 и h21 – параметры схемы с ОЭ.
Величина входного сопротивления для схемы с общей базой лежит в пределах нескольких Ом или десятков Ом для маломощных транзисторов и может быть меньше Ома для мощных.
Выходное сопротивление в схеме с ОБ зависит от сопротивления источника сигнала и заметно превышает выходное сопротивление схемы с ОЭ.
Благодаря малому входному сопротивлению влияние входной динамической емкости в каскаде с транзистором, включенным по схеме с общей базой, оказывается существенно меньшим и проявляется на более высоких частотах, чем в каскаде на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОБ получается значительно шире, чем в каскаде с ОЭ.
72
Полученные выше результаты можно легко объяснить, если представить схему с ОБ в виде схемы с ОЭ, охваченной 100 %-ой отрицательной обратной связью по току параллельной по входу (рис. 3.8).
73
|
1 |
iЭ 3 |
2 |
iК |
|
|
R1 |
|
iБ |
u2 |
R2 |
J1 |
iЭ |
uOC |
|
iЭ |
|
|
|
iК |
|
|
|
|
1 |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
β |
iK |
|
Рис. 3.8
Нетрудно убедиться, что эта схема является копией схемы, изображенной на рис. 3.7. Для большей наглядности в последней генератор ЭДС заменён эквивалентным генератором тока. Действительно, вход четырехполюсника обратной связи включен последовательно с нагрузкой (ОС по току). Во входной цепи все три пары клемм (1–1 – источника сигнала, 2–2 – вход усилителя без ОС, 3–3 – выход цепи β) включены параллельно. Полярность источника сигнала и пути протекания переменных токов соответствуют аналогичным элементам схемы (см. рис.3.7). Из схемы (рис. 3.8) следует, что весь выходной ток подаётся в четырёхполюсник обратной связи и затем без потерь во входную цепь, где создаёт напряжение обратной связи uОС, находящееся в противофазе с напряжением, поступающим от источника сигнала.
Как было показано ранее, такая ОС снижает коэффициент усиления по току, уменьшает входное сопротивление и увеличивает выходное, а также уменьшает нелинейные искажения. Параллельная обратная связь действует наилучшим образом при условии, что R1→∞ (реально, когда R1>RВХ). В этом случае ОС улучшает стабильность параметров усилителя, расширяет его частотную характеристику, уменьшает нелинейные искажения. При R1→0 данная ОС перестаёт действовать, и свойства каскада (см. рис. 3.7) становятся такими, как и для схемы с ОЭ. Обратная связь в схеме с ОБ также перестаёт действовать, если сопротивление R2 стремится к бесконечности.
74
Частотные свойства схемы с ОБ могут быть проанализированы с помощью эквивалентной схемы (см. рис. 3.9). Для построения этой схемы необходимо вписать между точками Э и Б входной цепи и точками К и Б выходной эквивалентную схему транзистора (см. рис. 3.2).
|
|
rКЭ |
|
|
|
|
|
SuБ'Э |
|
|
|
Э |
rБ'Э |
Б' СК |
К |
|
|
R1 |
СБ'Э |
|
|
|
|
uБ'Э |
rБ′ |
uКБ |
R2 |
||
uбЭ |
|||||
E1 |
|
|
|
|
Рис. 3.9
Наличие обратной связи в схеме с ОБ позволяет получить более высокую частоту среза в области верхних частот, чем в схеме с ОЭ. Частота верхнего среза для сквозного коэффициента усиления существенно зависит от сопротивлений R1 и R2, влияющих на глубину обратной связи. Известно, что глубина обратной связи по току растёт с уменьшением сопротивления нагрузки R2. Для параллельной по входу ОС увеличение сопротивления R1 также ведёт к росту глубины обратной связи. При увеличении сопротивления R2 обратная связь по току перестаёт действовать (уменьшается её глубина), и частотные свойства схемы с ОБ приближаются к частотным свойствам схемы с ОЭ. Аналогичные явления наблюдаются в схеме (см. рис. 3.7) при уменьшении сопротивления R1.
Влияние ОС в схеме с ОБ сказывается также на зависимости входного сопротивления от частоты.
На низких частотах входное сопротивление оказывается существенно меньшим, чем в схеме с ОЭ (см. 3.25а). Максимальное снижение входного сопротивления достигается, если сопротивление нагрузки стремится к нулю.
75